功率半導(dǎo)體器件是新能源、軌道交通、電動(dòng)汽車、工業(yè)應(yīng)用和家用電器等應(yīng)用的核心部件。在近年，隨著新能源電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，車用功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)迎來了爆發(fā)式的增長。

車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體器件由于高工作結(jié)溫、高功率密度、高開關(guān)頻率的特性，伴隨著車用場(chǎng)景中更嚴(yán)苛的使用環(huán)境，對(duì)功率器件的可靠性驗(yàn)證提出了更高的要求。

在因?yàn)楣β势骷嚓P(guān)原因所引起電子系統(tǒng)失效的原因中，有超過50%是因?yàn)闇囟冗^高導(dǎo)致的熱失效。結(jié)溫過高會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)性能降低、可靠性降低、壽命降低、引發(fā)器件結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷。隨著器件小尺寸化、高集成化的趨勢(shì)，有限的空間承載的功率密度越來越大，對(duì)熱性能測(cè)試的研究成為了行業(yè)的熱門議題。因此，熱阻測(cè)試對(duì)功率器件試可靠性驗(yàn)證及對(duì)汽車電子系統(tǒng)保障中起著關(guān)鍵性的作用。

熱阻測(cè)試

熱阻測(cè)試可分為電學(xué)法和雙界面法：

當(dāng)樣品散熱底部不平整適用于水冷一般使用電學(xué)法測(cè)試；

樣品散熱底部平整，能和熱沉較好的貼合一般使用雙界面法測(cè)試。

兩者都需要建立溫敏系數(shù)與溫度的關(guān)系,即進(jìn)行K系數(shù)測(cè)量。K系數(shù)為電壓差和溫度差的比值。

具體操作是在不同的溫度下測(cè)量出相對(duì)應(yīng)的電壓值再進(jìn)行擬合，結(jié)果如下圖1

圖1 K系數(shù)

電學(xué)法測(cè)熱阻

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試步驟：

1.樣品需要安裝于冷板，冷板要求能保證溫度基本穩(wěn)定。

2.選擇合適的加熱（大）電流加電，使得樣品結(jié)溫上升。

3.在加熱（大）電流關(guān)閉的瞬間即開始施加和測(cè)試（?。╇娏饕粯拥碾娏?，測(cè)量并記錄降溫過程的電壓，直到樣品溫度和未加熱前溫度一致才完成測(cè)試，同時(shí)記錄加熱（大）電流關(guān)閉前最后時(shí)刻的功率。

4.最后利用監(jiān)測(cè)到的電壓擬合得出的曲線即可得到此次降溫過程的結(jié)溫變化。

5.和未升溫前的環(huán)境溫度相計(jì)算結(jié)溫差，配合功率即可算出結(jié)環(huán)熱阻。

6.熱阻等于溫升除以功率，Rthjc=△T/△P

雙界面法測(cè)熱阻

雙界面法，顧名思義就是在樣品散熱底部分為兩種情況測(cè)試，一種是干法，將樣品底部不涂導(dǎo)熱硅脂，將樣品安裝在熱沉進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法和2.1電學(xué)法方式一致，另一種是濕法，在樣品散熱底部和熱沉上均勻的涂上一層導(dǎo)熱硅脂，所有的測(cè)試條件與干法完全保持一致，因?yàn)闃悠穬?nèi)部散熱途徑方式都一樣，在與熱沉連接處由于兩者有差距會(huì)在此界面有一個(gè)分離現(xiàn)象，此分離點(diǎn)就是熱阻值得點(diǎn)。

熱阻軟件擬合圖如下：

廣電計(jì)量服務(wù)能力

廣電計(jì)量在Si基功率半導(dǎo)體模塊、SiC模塊等相關(guān)測(cè)試有著豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，為眾多半導(dǎo)體廠家提供模塊的規(guī)格書參數(shù)測(cè)試、競(jìng)品分析、環(huán)境可靠性、壽命耐久和失效分析等一站式測(cè)試服務(wù)。在熱阻測(cè)試方向，廣電計(jì)量采用的是mentor的T3Ster瞬態(tài)測(cè)試儀，該設(shè)備符合JEDEC51-14標(biāo)準(zhǔn)，高達(dá)1μs的采樣率，1μs高速電源切換，最小電壓分辨率12μV，可運(yùn)用結(jié)構(gòu)函數(shù)用于分析內(nèi)部構(gòu)造。設(shè)備最大開通壓降能達(dá)到12V，適用于單管模塊MOS，IGBT,SICMOS以及二極管等熱阻測(cè)試。